Бюро Туполева. Бомбардировщики, авиалайнеры, люди - Валентин Константинович Мзареулов

то есть как у большинства тяжелых самолетов, а не 7 – 14, как у предлагавшихся в то время проектов ВКС с ЖРД с вертикальным стартом. Крыло и шасси ВКС, необходимые для горизонтальной посадки, одновременно обеспечивали и горизонтальный взлет. Из-за возможности заражения местности, старт и посадка ВКС с ЯРД должны были производиться с помощью ТРДФ, работающих на водороде. Суммарная взлетная тяга ТРДФ определялась в 240 тс. Большие размеры ВКС с ЯРД были вызваны необходимостью разместить большое количество жидкого водорода. Выполнение снижения с орбиты на больших углах атаки потребовали решения задачи обеспечения удовлетворительных запасов статической устойчивости на этих режимах полета за счет специальной выпуклой профилировки нижней поверхности ВКС. Для крыла ВКС была выбрана треугольная форма в плане с большой стреловидностью по передней кромке. На консолях крыла имелись кили площадью, составляющей 14–25 % от площади крыла. Особенности центровки ВКС с ЯРД связаны с наличием в силовой установке ядерного реактора и необходимости обеспечения радиационной защиты экипажа и оборудования. Рациональным, сокращающим стартовую массу ВКС, решением был отказ от абсолютной защиты планера самолета от излучения и концентрация защиты лишь на далеко расположенной от реактора кабине экипажа. Ограничения по дросселированию двигателя потребовали разместить на борту ВКС кислородно-водородные ЖРД. Для торможения и схода с орбиты на ВКС предназначались специальные тормозные твердотопливные двигатели. При отработке системы радиационной защиты ВКС с ЯРД ОКБ использовало свой опыт работ по программе создания самолетов с ядерной силовой установкой, над которой ОКБ активно работало в 50-е годы (самолет-летающая лаборатория Ту-95ЛАЛ, проходивший летные испытания в начале 60-х годов с «холодным» и «горячим» реактором; проекты экспериментальных самолетов Ту-119 и Ту-120, проект самолета ПЛО с ЯСУ).

Траектория полета ВКС с ЯРД состояла из следующих участков:

– взлет с земли по-самолетному на ТРДФ (при тяге ТРДФ 240 тс длина разбега составляла бы 800 м);

– начальный разгон – набор высоты с ТРДФ (скорость в конце разгона – 2200 км/ч, высота не менее 10000 м, что обуславливалось минимальной высотой включения ЯРД));

– баллистический участок разгона на ЯРД до круговой орбитальной скорости;

– полет по круговой орбите с маневрированием. Запас топлива на ВКС позволял осуществлять маневр с поворотом орбиты на 12,5° в каждую сторону, грубый маневр осуществлялся с помощью ЯРД, более тонкое корректирование производилось с помощью кислородно-водородных варньерных ЖРД;

– торможение для спуска с орбиты предполагалось осуществлять с помощью твердотопливных двигателей. Дальнейшее снижение происходило с неработающими двигателями по траектории стационарного планирования, обеспечивающего минимальные значения температуры нагрева нижней поверхности ВКС. При вхождении в более плотные слои околоземной атмосферы ВКС мог совершать боковой маневр с использованием аэродинамических сил, при этом боковое отклонение могло достигать 1500 км;

– полет на посадку происходил с работающими ТРДФ начиная с высот 10000 – 20000 м со скоростью 1000–2000 км/ч, с расстояния до 500 км;

– заход на посадку производился по-самолетному. Длина пробега 1000–1400 м.

Основные расчетные характеристики ВКС с ЯРД

стартовая масса, т 380 – 450

масса полезной нагрузки, выводимой на орбиту, т 68

площадь крыла, м2 1150

площадь килей, м2 300

длина ВКС, м 74

размах крыла ВКС, м 38

высота ВКС на стоянке, м 17

Важным фактором, во многом определявшим успех программ создания ВКС и гиперзвуковых самолетов, должно было стать освоение и внедрения в практику авиационно— космической техники криогенных технологий. В русле этих работ значительным достижением ОКБ стало создание и испытания экспериментального самолета Ту-155, силовая установка которого успешно работала на двух видах криогенного топлива: жидком водороде и СПГ.

Опыт создания, испытаний и доводок Ту-155, его криогенной силовой установки, а также сложнейшего наземного криогенного комплекса дал ценнейший практический материал для дальнейших работ ОКБ в области создания криогенных летательных аппаратов, в том числе и с гиперзвуковой скоростью полета.

Анализ положительных свойств криогенного топлива в авиационно— космической технике показал, что оно с наибольшим эффектом может использоваться при создании гиперзвуковых и воздушно-космических самолетов, а также в авиационно— космических системах.

В 70-е годы в ОКБ, в рамках начавшихся в СССР работ по многоступенчатым многоразовым воздушно-космическим аппаратам (МВКА), рассматривалось техническое предложение по подобным системам. К рассмотрению предлагалась воздушно-космическая система с МВКА, первой ступенью которой являлись разгонные блоки вокруг которого по периметру крепились МВКА и два дополнительных спасаемых топливных бака, выполненных в виде безмоторных крылатых аппаратов, оснащенных разворачивающимися консолями килей. После старта системы, горючее первоначально вырабатывалось из этих топливных самолетов— баков, после чего они отделялись от системы и они осуществляли планирующий полет к земле, в ходе которого их должны были перехватывать и подцеплять к себе специальные самолеты-спасатели. Затем самолеты-спасатели вместе с самолетами— баками выполняли посадку на аэродром.

Проект одноступенчатого орбитального самолета (ООС)

С началом работ на Западе по одноступенчатым ВКС, работы по данной тематике оживились и в СССР. В первой половине 80-х годов совместно с ЦАГИ, другими предприятиями и организациями отечественного ВПК, ОКБ подготовило ряд конкретных технических предложений по созданию авиационно-космических систем на базе орбитального самолета с маршевой и корректирующей силовыми установками на основе ЖРД, с наземным или воздушным стартом с тяжелых самолетов-носителей.

В процессе детального изучения и анализа проблемы создания перспективной авиационно-космической системы (АКС) в плане наиболее оптимальных решений использования околоземного космического пространства в интересах оборонного комплекса страны и ее народного хозяйства на данном этапе в ОКБ рассматривались следующие возможные альтернативные варианты:

Рис.

Рис.

Рис.

Рис.

– одноступенчатый орбитальный самолет (ООС), стартующий горизонтально с аэродрома с помощью разгонной тележки;

– ООС, стартующий со специальной летающей платформы, обеспечивающей взлет и набор стартовых высоты и скорости ООС;

– ООС, стартующий со сверхтяжелого самолета-носителя со стартовой массой 1300–1500 т.

Проведенное сравнение основных характеристик трех альтернативных концепций показало, что наибольшими возможностями по выводимой нагрузке и параллаксу при выведении груза на заданную орбиту обладает концепция АКС на базе комбинации ООС с сверхтяжелым самолетом-носителем.

В каждой из предложенных концепций рассматривались двигательные установки ООС на основе ЖРД и комбинации ЖРД + ПВРД. На том этапе, с учетом развития силовых установок был принят вариант с ЖРД, хотя и было признано, что системы с использованием ПВРД способны обеспечить более высокую эффективность по топливу, чем аппараты с ЖРД. Для ВРД эффективность использования на ООС возрастала с увеличением диапазона скоростей (чисел М), на котором работал ПВРД, вплоть до скоростей, соответствующих М=15–25. Однако характеристики конструкции ПВРД и их входных устройств в условиях отсутствия экспериментальных данных по опытным образцам,